片上系统的老化控制技术方案

一种控制片上系统的老化的方法，片上系统包括一个或多个包含半导体电路部件的器件以及至少一个老化控制器，其监控片上系统内循环的电子信号。该方法包括以下步骤：通过改变与其运行模式相关的硬件参数来对片上系统的至少一个器件施加应力，将与由所述至少一个器件产生的电信号相关联的至少一个参数与参考参数进行比较来确定对应于所述至少一个器件的运行寿命值的差值，如果所述运行寿命值等于或超过阈值寿命值，确定应力状态值，以及根据所述应力状态值修改所述至少一个器件的运行模式。还公开了执行该方法的片上系统。

Aging control of on chip systems

A method of controlling the aging of an on chip system that includes one or more devices including a semiconductor circuit component, and at least one aging controller that monitors the electronic signals circulating within the system on the chip. The method comprises the following steps: hardware parameters by changing its operation mode related to at least one device on the system on chip applying stress with electrical signals by the at least one device associated with the at least one of the parameters and reference parameters to determine the difference of service life should be at least one device the value of the comparison, if the lifetime value is equal to or exceeds the threshold value to determine the value of life, state of stress, and the stress value operation mode modify the at least one device according to the. An on chip system for performing the method is also disclosed.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】片上系统的老化控制
本专利技术涉及构建在集成电路上的片上系统的硬件中实现的安全措施，例如用于在条件访问系统中管理用于访问多媒体内容的用户权限。特别地，老化或可靠运行寿命时间由在片上系统中实现的硬件设备来控制。
技术介绍
在运行使用期间半导体部件的可靠性降低。事实上，它们受诸如温度和电压的可变运行约束影响。这些约束导致老化效应，其与由于运行期间的温度和电压导致的累积应力成比例，并且根据或多或少涉及片上系统的部分而变化。一种这样的老化效应是当电荷载流子陷入CMOS(互补金属氧化物半导体)晶体管的栅极氧化物内时产生的热载流子注入(HCI)。捕获的电荷载流子随时间累积，在晶体管的栅极氧化物内产生内建电荷。该捕获的电荷降低通过晶体管通道的载流子迁移率，并改变晶体管阈值电压。热载流子注入通过增加运行温度和电压被加剧，并且具有与寿命成比例的累积效应。另一老化效应是影响NMOS晶体管的正偏压温度不稳定性(PBTI)或影响PMOS晶体管的负偏压温度不稳定性(NBTI)，其由涉及电场，空穴，硅-氢键和温度的电化学反应引起。在运行期间，DC偏置电压在NMOS或PMOS晶体管的栅极氧化物和硅衬底之间产生界面陷阱。这些界面陷阱随时间累积，并且具有改变阈值电压和减小驱动电流和CMOS晶体管的速度的效果。HCI和BTI效应可最终结合在一起并在称为与时间相关电介质击穿(TimeDependentDielectricBreakdown，TDDB)的工艺中形成穿过栅极堆叠的导电路径。例如，2010年4月，明尼苏达大学的JohnPatrickKeane的标题为“On-ChipCircuitsforCharacterizingTransistorAgingMechanismsinAdvancedCMOSTechnologies(用于表征高级CMOS技术中的晶体管老化机制的片上电路)”的文献详细描述了不同的CMOS晶体管老化效应。由于晶体管老化引起的速度退化可以使用片上传感器直接测量，例如用来优化电路时钟速度，如最近的出版物和技术趋势所示，参见文献“TransistorAging(晶体管老化)”-2013年7月的IEEESpectrum。可以通过观察片上系统内任何现有电路径上的环形振荡器的速度来实现栅极老化的测量。因此，集成电路的不同内部组件具有不同的可靠寿命，这取决于经受局部工作电压和温度的局部环境以及电路组件的特定应力历史。存在于高使用、高应力环境中的组件将具有更短的可靠寿命。在付费电视领域，条件访问系统(CAS)或数字版权管理(DRM)方案主要目标是必须保证只有授权的客户可以访问媒体内容。如果客户端侧的权限管理基于嵌入诸如闪存的私人安全多次可编程存储器的专用硬件安全令牌(诸如智能卡)，则通常获得高级别的安全性。CAS系统的一个特征是确保用户实际为他们正在观看的内容付费；一种已知的技术是基于购买可能随时间花费的信用或“硬币”。包含硬币的电子“钱包”通常由存储在诸如闪存的永久存储器上的文件组成。电子钱包可以被唯一地绑定到嵌入唯一标识符(UID)的给定芯片上，使得用户不能共享该信用。芯片UID可以被永久的编程在芯片上，并且这通常利用一次性可编程(One-TimeProgrammable，OTP)存储器或熔丝来完成。熔丝可能在系统配置和安全性的设计中起核心作用。它们在深亚微米技术中的实现通常是用昂贵的模拟半导体知识产权核(IP核)来完成的。此外，该实现的安全性取决于IP核提供商。老化监测技术例如由文献US2005/134394A1和US2014/097856A1描述。文献US2005/134394A1公开了一种监测或表征在半导体器件的寿命期间累积的晶体管退化量的方法和装置。提供具有基本类似的晶体管网络或电路的环形振荡器对。当集成电路通电时，该对环形振荡器中的一个被启用，使得其在集成电路的寿命期间处于应力下。在一个实施例中，集成电路包括执行一个或多个功能的一个或多个功能块和集成的片上表征电路。集成的片上表征电路包括产生参考振荡信号的选择性启用或参考环形振荡器，产生自激振荡信号的自由运行的环或模式驱动“老化”振荡器，以及耦合至选择性启用环形振荡器和老化环形振荡器的比较电路，所述比较电路确定晶体管退化量。由表征电路提供的退化水平输出可以在集成电路内部或外部使用。另外，数据的收集和其处理可以被自动执行。现场中的用户系统的集成电路可以将晶体管退化信息传递到中央数据库中，使得它可以被聚集在一起并且评估现场中的所有集成电路。该信息可用于评估对特定电路的晶体管老化影响，临界速度路径和最大退化，以及确定与使用可靠性保护带用于集成电路产品相关联的风险和回报。由表征电路测量的退化水平用于统计目的和可靠性评估，而不影响集成电路中器件的功能或其全局行为。文献US2014/097856A1公开了一种用于监测老化的传感器，其改变集成电路中的功能器件的性能。传感器可以创建和表征动态老化应力和/或在动态电压缩放和/或动态频率缩放下提供对电路的老化退化的监测。包括环形振荡器的老化传感器提供指示由于老化而导致的集成电路的运行退化的信息。功能装置的参数可以由老化补偿逻辑控制，老化补偿逻辑监测由老化传感器提供的老化信息，并且基于老化信息确定功能装置的参数是否应该被调整以补偿老化引起的功能装置的性能下降。例如，如果老化补偿逻辑基于由老化传感器提供的老化信息，确定功能装置或其一部分的计时性能在当前电压和/或频率下变得不可靠，则老化补偿逻辑可以改变功能设备的参数，例如增加对功能电路供电的电压和/或调整信号频率或计时以改善计时性能。老化传感器的作用是依次测量集成电路中的功能器件的退化水平。诸如频率和/或电压变化值由老化补偿逻辑收集，老化补偿逻辑还被用于通过作用于功能参数来补偿由于老化引起的退化，以便维持与在一个或多个器件退化之前的集成电路相同的性能。
技术实现思路
根据本专利技术的实施例的老化控制的目的是克服在需要高安全性硬件和软件功能的片上系统中应用的已知概念的熔丝的上述缺点。根据实施例，公开了一种如权利要求1所述的控制片上系统老化的方法。还公开了如权利要求8所述的一种配置成控制一个或多个设备的老化的片上系统。通过监控由用于改变振荡器的硬件参数(例如增加DC供应电压，设置AC偏置电压或电阻器电流来增加振荡器电路温度或其组合)的命令所施加应力的振荡器电路，可以控制诸如密码处理器、存储器管理单元、存储器、通信接口等的设备上的老化。与振荡器的运行条件相关的这些硬件参数影响信号频率，该信号频率与运行时间和在给定时间期间或周期性地施加的应力成比例地减小。将振荡器信号频率与例如由无应力振荡器产生的参考频率进行比较，以便确定表示振荡器信号频率减小的差值。频率差表示与振荡器相关联的至少一个设备的运行寿命值。如果运行寿命值等于或超过预定阈值寿命值，则例如以位从值0到值1或者相反地变化的形式确定应力状态值。监测应力状态值以便确定一个或多个设备的寿命，并且例如通过禁用功能来修改设备的运行模式。通常，每个与一个或多个设备相关联的几个振荡器以不同的方式被施加应力，并且它们各自的应力状态值可以以指示片上系统的全局老化状态的值的阵列的形式存储在存储器中。值的阵列可以是位串、表或阵列的形式，其中表示应力状态值的每个元素与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制片上系统(SOC)的老化的方法，片上系统其包括一个或多个包含半导体电路部件的器件(D1，D2，D3，...)和监控在所述片上系统(SOC)的内部循环的电信号的至少一个老化控制器(AGC)，每个器件具有至少一个运行模式，所述方法包括：‑由所述老化控制器(AGC)，通过改变与所述至少一个器件(D1，D1，D3，...)的所述至少一个运行模式相关联的硬件参数，对所述片上系统(SOC)的至少一个器件(D1，D1，D3，...)施加应力，‑由所述老化控制器(AGC)将与由所述至少一个器件(D1，D2，D3，...)产生的电信号相关联的至少一个参数和参考参数进行比较，以确定与所述至少一个器件(D1，D2，D3，...)的运行寿命值相对应的差值，‑如果所述运行寿命值等于或超过预定阈值寿命值(TA)，则确定应力状态值(ST)，所述方法的特征在于，所述方法包括以下步骤：‑将应力状态值(ST)编码为与每个器件(D1，D2，D3，...)相关联的二进制值，以及根据由一个或多个二进制值形成的值的阵列来限制或禁用所述片上系统(SOC)的所述至少一个运行模式下的一个或多个功能。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种控制片上系统(SOC)的老化的方法，片上系统其包括一个或多个包含半导体电路部件的器件(D1，D2，D3，...)和监控在所述片上系统(SOC)的内部循环的电信号的至少一个老化控制器(AGC)，每个器件具有至少一个运行模式，所述方法包括：-由所述老化控制器(AGC)，通过改变与所述至少一个器件(D1，D1，D3，...)的所述至少一个运行模式相关联的硬件参数，对所述片上系统(SOC)的至少一个器件(D1，D1，D3，...)施加应力，-由所述老化控制器(AGC)将与由所述至少一个器件(D1，D2，D3，...)产生的电信号相关联的至少一个参数和参考参数进行比较，以确定与所述至少一个器件(D1，D2，D3，...)的运行寿命值相对应的差值，-如果所述运行寿命值等于或超过预定阈值寿命值(TA)，则确定应力状态值(ST)，所述方法的特征在于，所述方法包括以下步骤：-将应力状态值(ST)编码为与每个器件(D1，D2，D3，...)相关联的二进制值，以及根据由一个或多个二进制值形成的值的阵列来限制或禁用所述片上系统(SOC)的所述至少一个运行模式下的一个或多个功能。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述老化控制器(AGC)包括与至少一个器件(D1，D2，D3，...)相关联的振荡器电路(ROF1，ROF2，ROF3，...)，所述振荡器电路(ROF1，ROF2，ROF3，...)生成具有随着器件运行时间和施加的应力而减小的频率(Fosc)的信号，所述频率(Fosc)和参考频率(Fref)进行比较用于确定与所述至少一个器件的运行寿命值相对应的差值(ΔF)。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述振荡器电路(ROF1，ROF2，ROF3，...)包括由包含奇数个CMOS反相器(IN1，...，INN)的链串联组成的环形振荡器，其中所述最后一个反相器(INN)的输出被反馈为所述第一反相器(IN1)的输入。4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于在预定时间期间或者在时间段内利用管理硬件参数变化的命令(SI1，SI2，SI3，...)对所述振荡器电路(ROF1，ROF2，ROF3，...)施加应力，硬件参数变化包括DC过电压、AC电压偏置、引起比正常运行温度更高的温度的电阻器中的电流增加及其组合。5.根据权利要求2至4中的任一项所述的方法，其特征在于，所述参考频率(Fref)的值要么最初存储在片上系统(SOC)的非易失性设置存储器中，要么由参考发生器所生成的时钟信号提供，所述发生器被放置在所述片上系统(SOC)的内部或外部。6.根据权利要求1至5中的任一项所述的方法，其特征在于，所述值的阵列形成表示与一组器件(D1，D2，D3，...)相关联的应力状态值(ST)的二进制串，所述二进制串存储在由所述老化控制器(AGC)监视的安全存储器(M)中，并用于形成唯一密钥以执行密码计算。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述老化控制器(AGC)控制信号定时参数，所述信号定时参数包括由所述片上系统(SOC)的至少一个器件(D1，D2，D3，...)产生的信号的跃迁时间或传播时间(SOC)，所述信号定时参数随着器件运行时间和施加的应力而增加，将受应力的器件(D1，D2，D3，...)的所述信号定时参数与参考信号比较，用于确定与所述至少一个器件(D1、D2、D3、...)的运行寿命值相对应的差值。8.一种用于控制包含半导体电路部件和至少一个老化控制器(AGC)的一个或多个器件(D1，D2，D3，...)的老化的片上系统(SOC)，所述至少一个老化控制器(AGC)用于监控在片上系统(SOC)的内部循环的电信号，每个器件(D1，D2，D3，...)具有至少一个运行模式，所述老化控制器(SOC)还用于：通过改变与所述至少一个器件(D1，D1，D3，...)的所述至少一个运行模式相关联的硬件参数，对片上系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：克劳迪奥·法维，马尔科·马凯蒂，卡尔·奥森，
申请(专利权)人：耐瑞唯信有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH